水泥新型干法生產線粉磨系統的研究及選擇

吳永強，劉建壽，祖大磊

1蘇州中材建設有限公司 江蘇昆山 215300

2洛陽理工學院 河南洛陽 471023

截至2017年上半年，全國熟料實際總產能 20.2億t，水泥產能 38.30億 t。在如今資源緊缺和人們需求日益增加的巨大矛盾下，如何降低消耗就成為了重中之重。在水泥工業生產中，水泥粉磨系統電耗約占 40% 左右，粉磨成本占生產總成本的 35% 左右。球磨機對物料的適應性好，經球磨機粉磨后的成品球形度好，水泥標準稠度需水量較低，所以一直沿用至今。隨著新型干法水泥粉磨技術的發展，輥壓機部分或全部取代了球磨機破碎倉的功能，將其移至球磨機外進行破碎，而且輥壓機的擠壓效果好，降低了物料入磨粒度，從而實現了提產降耗的目的[1-2]。水泥生產企業在選擇粉磨系統時，必須深入研究各粉磨系統的電耗、輥壓機與球磨機的裝機功率比等技術指標，給出指導意見，從而進一步推動節能減排。

1 水泥粉磨系統概述

目前水泥粉磨系統有單獨球磨機粉磨系統、預粉磨系統、聯合粉磨系統和半終粉磨系統[3-4]。在對粉磨系統介紹中，主要對輥壓機、球磨機、選粉機等有關設備進行對比研究。

圖1所示為單獨球磨機粉磨系統，物料出磨以后經過分選設備選出成品，粗物料返回球磨機再粉磨。圖 2所示為預粉磨系統，來料喂入輥壓機，經過擠壓后的物料喂入后續球磨機，邊料部分擠壓效果較差，返回輥壓機再擠壓。圖 3和圖 4所示為聯合粉磨系統，輥壓機和球磨機都有各自的閉路系統，輥壓機與選粉機自成系統，經過 V型選粉機選出的粗料和來料入輥壓機，較細物料收集后作為半成品入球磨機，其后的球磨系統可分為圈流和開流 2種。圖 5所示為雙選粉半終粉磨系統，從 V型選粉機分選出來的細粒進入雙分離高效選粉機，經過分離的粗料入球磨機，細料通過收塵器成為成品。圖 6所示為三選粉半終粉磨系統，增加了 TS選粉機，從 TS選粉機選出的粗料入球磨機，細粉為成品。半終粉磨系統就是在輥壓機粉磨的預粉磨階段，通過高效選粉機選出一部分合格細度的粉料作為成品，由于選出的這部分成品不在球磨機內粉磨，降低了過粉磨現象，提高了球磨機的粉磨效率，降低了電耗。

圖1 單獨球磨機粉磨系統Fig.1 Single ball mill grinding system

圖2 預粉磨系統Fig.2 Pre-grinding system

圖3 聯合粉磨系統 (圈流)Fig.3 Combined grinding system (closed circuit)

圖4 聯合粉磨系統 (開流)Fig.4 Combined grinding system (open circuit)

圖5 雙選粉半終粉磨系統Fig.5 Semi-final grinding system with double powder separation

圖6 三選粉半終粉磨系統Fig.6 Semi-final grinding system with three powder separation

在水泥工業生產中，應選用低能耗水泥粉磨系統。深入分析比較不同水泥粉磨系統及裝機功率比，對系統電耗的影響意義重大[5-8]。下面進行對比研究，找出規律，以期對水泥粉磨系統選擇提供參考。

2 水泥粉磨系統電耗對比研究

表1所列為水泥粉磨系統配置不同規格球磨機的產量及電耗對比。在輥壓機的配置上，不同工藝輥壓機的規格、電耗差別較大[9-10]。

由表 1可以看出，單獨球磨機系統單位電耗為36.5 kW·h/t，預粉磨系統單位電耗為 34.17 kW·h/t，聯合粉磨系統單位電耗為 29.89 kW·h/t，半終粉磨系統單位電耗為 29.5 kW·h/t，單位電耗依次降低。

聯合粉磨系統單位電耗比單獨球磨機系統電耗降低了 7 kW·h/t左右，降低了約 16.4%；聯合粉磨系統單位電耗比預粉磨系統降低了 4.28 kW·h/t左右，降低了約 12.5%。聯合粉磨系統是當今水泥粉磨的主要流程，輥壓機自成系統，料餅經 V型選粉機分選，粗料全部返回輥壓機再輥壓，由于回料部分的細料已被選出，使輥壓機的輥壓更為有效，不再作無用功[11-13]。分選后的細粉部分作為中間產品喂入后續球磨機，因為粒度小而均勻，非常有利于球磨機的配球，故粉磨效率高，聯合粉磨系統雖然復雜，但輥壓機承擔的粉磨工作量遠較預粉磨系統大。

半終粉磨系統比聯合粉磨系統電耗略有降低，降低了 1.3%，該系統通過下進風選粉機將出輥壓機的物料預先分級出一定比例的成品，出球磨機物料也進入選粉機分選，細粉作為系統的成品，粗粉回球磨機和輥壓機。由于料餅先經過分選，可防止料餅中的細料再經球磨機粉磨，故比聯合粉磨系統節電。

3 水泥粉磨系統裝機功率比對電耗的影響

裝機功率比是指粉磨系統輥壓機和球磨機裝機功率之比。表 2所列為惠州羅浮山水泥集團聯合粉磨系統的產量、電耗和裝機功耗比數據。從生產數據來看，加大輥壓機規格使裝機功率比增大，可以使φ4.2 m×13 m球磨機產量提高。相同規格的球磨機，裝機功耗比從 0.63提高到 0.9，電耗從 32 kW·h/t降低到30 kW·h/t，降低了 6.25%。通過適當提高裝機功率比，提高了預粉磨系統處理能力，φ3.8 m×13 m開流磨也能達到φ4.2 m×13 m圈流磨的產能，電耗降低3～4 kW·h/t。

表3所列為半終粉磨系統數據，采用的是φ4.2 m×13 m球磨機，功率為 3 550 kW，加大輥壓機規格使裝機功率比增大，可以提高球磨機產量，裝機功率比從 0.63提高到 0.79，平均電耗從 31.3 kW·h/t降低到 27.8 kW·h/t，降低了 11.18%。

表1 水泥粉磨系統配置不同規格球磨機的產量及電耗對比Tab.1 Output and power consumption of cement grinding system with various-sized ball mill

表2 聯合粉磨系統數據Tab.2 Data of combined grinding system

表3 半終粉磨系統數據Tab.3 Data of semi-final grinding system

由表 2、3數據比較可知，如果裝機功率比適當加大，聯合粉磨系統和半終粉磨系統都可達到高產、低耗的效果。主要原因是輥壓機的做功效率高，其能量利用率高，隨著粉磨系統中輥壓機規格的增大，輥壓機承擔的粉磨任務增加，部分替代了球磨機的工作，從而實現了節能降耗。

4 水泥粉磨系統對需水量的影響

聯合粉磨系統和半終粉磨系統的節能降耗效果都比較好，為了進一步進行比較，對 2種粉磨系統的水泥性能進行比較。水泥性能主要表現在水泥的需水量和早期強度 2個方面，在此只考慮水泥需水量。一些水泥廠的水泥需水量如表 4所列，表 5所列為成都建筑材料工業設計研究院有限公司總結的一些粉磨系統的需水量[14-18]。

表4 不同生產企業水泥需水量Tab.4 Water demand for cement of various production enterprise %

表5 不同粉磨系統水泥需水量Tab.5 Water demand for cement of various grinding system %

從表 4、5可知，半終粉磨系統的水泥成品需水量較高，可達 29%，而聯合粉磨系統的水泥成品需水量相對較低。主要原因是半終粉磨系統中從輥壓機出來的部分細粉未經過球磨機粉磨直接入成品庫，這部分細粉的球形度差。半終粉磨系統水泥成品顆粒粒徑分布偏窄，均勻性系數偏大，水泥粉體堆積密度小，孔隙率高，水泥標準稠度需水量高于聯合粉磨系統。水泥標準稠度需水量指標固然重要，但如果一味地追求低需水量，也會導致粉磨效率降低，應采取相應的技術措施予以改進。

5 結論

(1) 對于新型干法水泥生產線，水泥粉磨所消耗的電量占絕大比例，其中球磨機又是耗電量最大和粉磨效率最低的設備?；诖饲闆r，優選的粉磨系統是聯合粉磨系統和半終粉磨系統，相比聯合粉磨系統，半終粉磨系統通過選粉機預先選出一部分細粉入成品庫，從而進一步提高了系統產量，降低了粉磨電耗。

(2) 在選擇粉磨系統的基礎上，通過增大輥壓機規格或者在輥壓機功率不變的情況下減小球磨機規格，適當提高裝機功率比，可以有效增產降耗。

(3) 半終粉磨系統比聯合粉磨系統提高了標準稠度需水量，可以采取相應的技術改進措施，降低水泥成品需水量。